Zbog male veličine i veličine, gotovo da nema standarda tiskanih pločica za rastuće tržište IoT -a. Prije nego što su ovi standardi izašli, morali smo se osloniti na znanje i proizvodno iskustvo naučeno u razvoju na razini ploče i razmišljati o tome kako ih primijeniti na jedinstvene izazove u nastajanju. Postoje tri područja koja zahtijevaju našu posebnu pažnju. To su: površinski materijali za pločicu, RF/mikrovalni dizajn i RF prijenosne linije.

PCB materijal

"PCB" se uglavnom sastoji od laminata koji se mogu izrađivati ​​od epoksidnog ojačanog vlaknima (FR4), poliimidnih ili Rogersovih materijala ili drugih laminatnih materijala. Izolacijski materijal između različitih slojeva naziva se pregeg.

Nosivi uređaji zahtijevaju veliku pouzdanost, pa kada se dizajneri PCB-a suoče s izborom korištenja FR4 (najisplativiji materijal za proizvodnju PCB-a) ili više naprednijih i skupljih materijala, to će postati problem.

Ako nosive PCB aplikacije zahtijevaju velike brzine, visokofrekventne materijale, FR4 možda nije najbolji izbor. Dielektrična konstanta (DK) FR4 je 4,5, dielektrična konstanta naprednijeg materijala serije Rogers 4003 je 3,55, a dielektrična konstanta bratske serije Rogers 4350 je 3,66.

„Dielektrična konstanta laminata odnosi se na omjer kapaciteta ili energije između para vodiča u blizini laminata prema kapacitivnosti ili energije između para vodiča u vakuumu. Pri visokim frekvencijama, najbolje je imati mali gubitak. Stoga je Roger 4350 s dielektom od 3,66.

U normalnim okolnostima, broj slojeva PCB -a za nosive uređaje kreće se od 4 do 8 slojeva. Princip konstrukcije slojeva je da ako se radi o 8-slojnom PCB-u, trebao bi biti u stanju pružiti dovoljno slojeva tla i napajanja i sendvič sloj ožičenja. Na taj se način efekt pucanja u presjeku može svesti na minimum, a elektromagnetska smetnja (EMI) može se značajno smanjiti.

U fazi dizajna rasporeda kruga, plan izgleda obično postavlja veliki sloj tla blizu sloja raspodjele napajanja. To može tvoriti vrlo nizak efekt pukotine, a buka sustava se također može smanjiti na gotovo nulu. To je posebno važno za podsustav radiofrekvencije.

U usporedbi s Rogersovim materijalom, FR4 ima veći faktor disipacije (DF), posebno na visokoj frekvenciji. Za veće performanse FR4 laminate, vrijednost DF je oko 0,002, što je redoslijed veličine bolje od uobičajenog FR4. Međutim, Rogersov snop je samo 0,001 ili manje. Kada se FR4 materijal koristi za aplikacije visoke frekvencije, postojat će značajna razlika u gubitku umetanja. Gubitak umetanja definiran je kao gubitak snage signala od točke A do točke B kada se koristi FR4, Rogers ili drugi materijali.

stvoriti probleme

Nosivi PCB zahtijeva strožu kontrolu impedancije. Ovo je važan faktor za nosive uređaje. Podudaranje impedancije može stvoriti čistiji prijenos signala. Ranije je standardna tolerancija na tragove nošenja signala bila ± 10%. Ovaj pokazatelj očito nije dovoljno dobar za današnje visokofrekventne i velike brzine. Trenutni zahtjev je ± 7%, a u nekim slučajevima čak i 5% ili manje. Ovaj će parametar i druge varijable ozbiljno utjecati na proizvodnju ovih nosivih PCB -a s posebno strogom kontrolom impedancije, ograničavajući tako broj poduzeća koje ih mogu proizvesti.

Dielektrična konstantna tolerancija laminata izrađenog od Rogersovih UHF materijala općenito se održava na ± 2%, a neki proizvodi mogu čak doseći ± 1%. Suprotno tome, dielektrična konstantna tolerancija FR4 laminata je čak 10%. Stoga se može utvrditi da je Rogersov gubitak umetanja posebno nizak. U usporedbi s tradicionalnim FR4 materijalima, gubitak prijenosa i gubitak umetanja Rogersovog snopa su pola niži.

U većini slučajeva troškovi su najvažniji. Međutim, Rogers može pružiti relativno niske gubitke visokofrekventne performanse laminata po prihvatljivoj cijeni. Za komercijalne aplikacije, Rogers se može pretvoriti u hibridni PCB s FR4 na bazi epoksida, od kojih neki slojevi koriste Rogersov materijal, a drugi slojevi koriste FR4.

Prilikom odabira Rogersove hrpe, frekvencija je primarno razmatranje. Kad frekvencija prelazi 500MHz, dizajneri PCB -a imaju tendenciju da odaberu Rogersove materijale, posebno za krugove RF/mikrovalne, jer ti materijali mogu pružiti veće performanse kada se gornji tragovi strogo kontroliraju impedancijom.

U usporedbi s FR4 materijalom, Rogersov materijal također može osigurati niži dielektrični gubitak, a njegova dielektrična konstanta stabilna je u širokom frekvencijskom rasponu. Osim toga, Rogersov materijal može pružiti idealne performanse gubitka niskog umetanja potrebnim visokim frekvencijskim radom.

Koeficijent toplinske ekspanzije (CTE) materijala serije Rogers 4000 ima izvrsnu dimenzionalnu stabilnost. To znači da se u usporedbi s FR4, kada PCB podvrgne hladnim, vrućim i vrlo vrućim ciklusima lemljenja, toplinsko širenje i kontrakcija kružne ploče mogu se održavati na stabilnoj granici pod višom frekvencijom i ciklusima viših temperatura.

U slučaju miješanog slaganja, jednostavan je za zajedničku tehnologiju proizvodnje procesa za miješanje rogera i visokih performansi FR4 zajedno, tako da je relativno lako postići visoki prinos proizvodnje. Rogersov snop ne zahtijeva poseban postupak pripreme.

Uobičajeni FR4 ne može postići vrlo pouzdane električne performanse, ali materijali s visokim performansama FR4 imaju dobre karakteristike pouzdanosti, kao što je viši TG, još uvijek relativno nizak trošak, i može se koristiti u širokom rasponu aplikacija, od jednostavnog audio dizajna do složenih mikrovalnih aplikacija.

RF/mikrovalna razmatranja

Prijenosna tehnologija i Bluetooth otvorili su put RF/mikrovalnoj aplikaciji na nosivim uređajima. Današnji frekvencijski raspon postaje sve dinamičniji. Prije nekoliko godina vrlo je visoka frekvencija (VHF) definirana kao 2GHz ~ 3GHz. Ali sada možemo vidjeti aplikacije ultra-visoke frekvencije (UHF) u rasponu od 10 GHz do 25 GHz.

Stoga, za nošenje PCB-a, RF dio zahtijeva više pozornosti na probleme ožičenja, a signale treba odvojeno odvojeno, a tragove koji stvaraju visokofrekventne signale trebaju biti podalje od tla. Ostala razmatranja uključuju: pružanje zaobilaznog filtra, odgovarajuće kondenzatore razdvajanja, uzemljenje i oblikovanje prijenosne linije i povratne linije gotovo jednake.

Zaobilazni filter može suzbiti efekt pukotine u sadržaju buke i presađice. Kondenzatori razdvajanja moraju biti postavljeni bliže igle uređaja koji nose signale napajanja.

Linije velike brzine i signalni krugovi zahtijevaju postavljanje sloja tla između signala sloja napajanja kako bi se izgladio podrhtavanje generiran signalima buke. Pri većim brzinama signala, male neusklađenosti impedancije uzrokovat će neuravnoteženi prijenos i prijem signala, što će rezultirati izobličenjem. Stoga se posebna pažnja mora posvetiti problemu podudaranja impedancije u vezi s radiofrekvencijskim signalom, jer radio frekvencijski signal ima veliku brzinu i posebnu toleranciju.

RF prijenosne linije zahtijevaju kontroliranu impedanciju kako bi se RF signale prenijeli iz određenog IC supstrata na PCB. Ove se prijenosne linije mogu implementirati na vanjskom sloju, gornjem sloju i donjem sloju ili se mogu dizajnirati u srednjem sloju.

Metode korištene tijekom PCB RF dizajnerskog izgleda su liniju Microttrip, linije s plutajućim trakama, koplanarni valovod ili uzemljenje. Linija mikroporacije sastoji se od fiksne duljine metala ili tragova i cijele ravnine tla ili dijela ravnine tla neposredno ispod nje. Karakteristična impedancija u općoj strukturi linije mikrotraka kreće se od 50Ω do 75Ω.

Plutajuća traka je još jedna metoda ožičenja i suzbijanja buke. Ova linija sastoji se od ožičenja s fiksnom širinom na unutarnjem sloju i velike ravnine tla iznad i ispod središnjeg vodiča. Grozni ravnina je zasijana između ravnine snage, tako da može pružiti vrlo učinkovit učinak uzemljenja. Ovo je preferirana metoda za nošenje PCB RF signala.

Valovod koplanara može pružiti bolju izolaciju u blizini RF kruga i kruga koji je potrebno približiti bliži. Ovaj se medij sastoji od središnjeg vodiča i zemaljskih ravnina s bilo koje strane ili ispod. Najbolji način za prijenos radiofrekvencijskih signala je suspendiranje linija traka ili koplanarne valovode. Ove dvije metode mogu pružiti bolju izolaciju između tragova signala i RF.

Preporučuje se koristiti takozvano "preko ograde" s obje strane koplanarnog valovoda. Ova metoda može pružiti niz zemaljskih via na svakoj metalnoj ravnini mljevenog središnjeg vodiča. Glavni trag koji trči u sredini ima ograde sa svake strane, čime se pruža prečac za povratnu struju na zemlju ispod. Ova metoda može smanjiti razinu buke povezane s visokim efektom RF signala. Dielektrična konstanta od 4,5 ostaje ista kao i FR4 materijal prepera, dok je dielektrična konstanta preprega - od Microtrip, Stripline ili Offset Stripline - oko 3,8 do 3,9.

U nekim uređajima koji koriste zemaljsku ravninu, slijepi vias može se koristiti za poboljšanje performansi odvajanja kondenzatora napajanja i pružanje staze shunt od uređaja na zemlju. Put shunt do tla može skratiti duljinu Via. To može postići dvije svrhe: ne samo da stvarate shunt ili zemlju, već i smanjujete udaljenost prijenosa uređaja s malim područjima, što je važan RF faktor dizajna.